[发明专利]一种定距离的高空间分辨率激光雷达及探测方法

说明书

本发明公开了一种定距离的高空间分辨率激光雷达及探测方法，激光雷达包括发射光源、发射透镜、平移装置和摄像头；平移装置与发射光源或发射透镜连接，用于调节发射光源与发射透镜间的相对距离d1；摄像头用于采集不同探测距离的标定物图像，进而结合图像清晰度对不同探测距离下光斑聚焦对应的相对距离d1预先标定，并存储探测距离与相对距离d1间的对应关系；当用户设定探测距离时，根据预先存储的对应关系确定该探测距离对应的相对距离d1，通过平移装置将发射光源或发射透镜移动到指定位置，完成定距离的光斑聚焦。本方案可实现焦距可调的定距离激光雷达探测，而且有效减少固定距离处光斑尺寸，提高固定距离处目标的空间分辨率。

技术领域

本发明属于激光探测技术领域，更具体地，涉及一种定距离的高空间分辨率激光雷达及探测方法。

背景技术

激光雷达可用于获取周围环境的距离、角度、相对位置等空间信息，其主要原理是基于脉冲光信号在设备和目标之间的飞行时间进行反向计算。激光雷达是一种基于空间光学的探测设备，通过对光源所发光信号进行空间光路准直，并往外朝目标传输。当前的激光雷达都是基于透镜进行光路准直，呈平行光状态，但因为透镜孔径衍射等原因，所有的光路准直系统都有一定的光束发散角；这也就意味着，随着探测距离的延长，光斑尺寸也越来越大，对目标探测的空间分辨率也越来越差。

激光雷达的应用场景多种多样，有的设备要求探测距离灵活多变，不能固定在一个确定的距离；而有的设备要求探测距离固定，即使会改变，也是在较长时间周期内进行调整，但对空间分辨率要求较高，不能采用通用的准直光路设计。因此，针对后一种应用，需要修改现有激光雷达设备的准直光路设计，实现焦距可调的定距离激光雷达探测，并尽量将固定距离的探测光斑优化，以提高目标的空间分辨率。

发明内容

针对现有技术的以上缺陷或改进需求，本发明提供了一种定距离的高空间分辨率激光雷达及探测方法，其目的在于通过调节激光雷达发射光学系统的焦距，将激光雷达的光斑成像聚焦在不同的探测距离上，以减少固定距离处光斑尺寸，提高目标的空间分辨率，由此解决传统准直光路设计存在的空间分辨率差的技术问题。

为实现上述目的，按照本发明的一个方面，提供了一种定距离的高空间分辨率激光雷达，包括发射光源、发射透镜、平移装置和摄像头；

所述发射光源用于发出探测光信号，并经所述发射透镜后聚焦成像；

所述平移装置与所述发射光源或所述发射透镜连接，用于调节所述发射光源或所述发射透镜的位置，进而调节所述发射光源与所述发射透镜间的相对距离d1；

所述摄像头用于采集不同探测距离处的标定物图像，进而结合标定物图像清晰度对不同探测距离下光斑聚焦对应的相对距离d1进行预先标定，并存储探测距离与相对距离d1间的对应关系；

当用户设定需要使用的探测距离时，根据预先存储的对应关系确定该探测距离对应的相对距离d1，进而通过所述平移装置将所述发射光源或所述发射透镜移动到指定位置，完成定距离的光斑聚焦。

优选地，还包括位置传感器，所述位置传感器与所述发射光源或所述发射透镜连接，用于监控所述发射光源或所述发射透镜的实时位置，进而确定所述发射光源与所述发射透镜间的相对距离d1。

优选地，还包括数据寄存器和平移控制装置，且所述位置传感器、所述数据寄存器、所述平移控制装置和所述平移装置依次连接；

其中，所述数据寄存器用于预先存储探测距离与相对距离d1间的对应关系；所述平移控制装置用于根据从所述数据寄存器中读取的相对距离d1控制所述平移装置，进而将所述发射光源或所述发射透镜移动到指定位置。

第二方面，本发明提供了一种定距离的高空间分辨率探测方法，采用第一方面所述的高空间分辨率激光雷达，方法包括：